溶胶凝胶法制备PMNT薄膜及性能研究

发布时间：2020-04-07 06:53

【摘要】：铌镁酸铅-钛酸铅((1-x)[Pb(Mg1/3Nb2/3)O3]-xPbTiO3,(1-x)PMN-xPT)薄膜因具有优异的铁电、介电、热释电、电光及压电等性能,可以作为新型热释电材料,应用于热释电探测领域。溶胶-凝胶法作为一种生产成本低、易于半导体集成且能够精确控制材料化学成分的方法,可以用于制备PMN-PT薄膜。因此,本文采用溶胶-凝胶法制备PMN-PT薄膜,对工艺条件、物相结构、介电性能、铁电性能和热释电性能进行系统研究,并对其微结构制备工艺进行初步探究。主要研究结果如下:1、以TiO2作为Pt与基底之间的缓冲层,采用磁控溅射法在SiO2/Si/SiO2基底上进行Pt底电极的制备。结果表明:Pt基底呈现出高(111)择优取向,方块电阻为2 8502Ω/□,粗糙度的均方根为0.5702nm。2、采用溶胶-凝胶法制备出具有高(100)择优取向的0.7PMN-0.3PT组分的薄膜,研究了 Pb、Mg元素过量、退火温度及退火保温时间对其钙钛矿结构的影响。扫描电子显微镜测试结果表明:0.7PMN-0.3PT薄膜的晶粒尺寸在95-105nm之间,截面厚度为500nm。电学测试表明:频率为1kHz下其相对介电常数可达1135,剩余极化强度为12.495μC.cm-2,薄膜的矫顽电场为45.6kV/cm。3、对比分析了不同组分(1-x)PMN-xPT(x=0.25、0.36和0.40)薄膜的电学性能。结果表明:0.75PMN-0.25PT和0.6PMN-0.4PT处于赝立方结构和四方结构的组分都具有大的介电常数,在1kHz频率下其相对介电常数分别为1534和1800,在比较其介电-温谱时发现,处于赝立方结构的0.75PMN-0.25PT组分在10kHz频率下出现了不连续的现象,而0.64PMN-0.36PT和0.6PMN-0.4PT在高频下仍表现出了优异的介电-温谱特性。4、研究了 La和Pr两种稀土元素的掺杂对0.7PMN-0.3PT薄膜性能的影响,结果表明:这两种元素均可提高PMNT薄膜的电学性能,尤其Pr元素的掺杂,相比于比未掺杂时,介电和铁电性能提高了一倍。La的掺杂在一定程度上更倾向于使得准同型相界的PMNT向赝立方结构偏移。5、采用湿法腐蚀对PMNT薄膜进行图形化;然后,采用剥离技术进行了NiCr合金和Au电极的沉积,完成了热释电器件单元图形化的工艺探究。
【图文】：

图 1.1 铁电材料性质及应用1.2 热探测器件1.2.1 热探测器件的分类基于材料和光辐射之间相互作用的光热效应制备成的器件称为热探测器。根据其工作原理的不同，可将热电探测器件分为三类，分别为热电偶型、热敏电阻型和热释电型红外探测器[16-17]。其中热电偶型器件的工作原理是：两种不同导体或者半导体材料所组成的回路，当其两端连接的节点处温度不同时，，回路中就会产生电动势，该电动势的大小和方向与材料及节点温度有关。这两种材料所组成的回路就称为热电偶。实际上热电偶是一种能量转换器，它可以把热能转换为电能，利用产生的热电势测量温度。热敏电阻型器件主要是物理工作过程，通过吸收热辐射产生温度变化，从而引起材料电阻相应的变化。目前热敏电阻材料的选择主要集中在半导体材料和金属材料。对于

图 1.2 PMN-PT 二元系统相图具有典型的 ABO3型铅基钙钛矿结构，ABO3型钙钛。其复合钙钛矿结构的化学式一般包括两种形式在组分上的表现出的特征为在同一晶格位置上存在
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TB383.2

【参考文献】

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本文编号：2617590